устройство для оперативной беспроводной связи с подземными выработками

Формула изобретения

1. Устройство для оперативной беспроводной связи с подземными выработками, содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, включающий передатчик электромагнитных сигналов низкой частоты с кодовой обработкой, блок питания и передающую антенну и расположенный в подземной горной выработке приемный комплект, включающий приемную антенну, блоки усиления, обработки сигналов и блок питания, отличающееся тем, что оно снабжено установленным на промежуточном горизонте ретранслятором, выполненным из приемной части, блока временного сдвига сигналов и передающей части.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок временного сдвига сигналов выполнен в виде двух Д-триггеров, одного асинхронного RS-триггера, логического элемента И и RC-цепочки временной задержки, причем прямой выход первого Д-триггера соединен с S-входом RS-триггера, а инверсный выход и прямой выход RS-триггера - со входами элемента И, к выходу которого подсоединен Д-вход второго Д-триггера, прямой выход которого через RC-цепочку временной задержки соединен с R-входом RS-триггера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для беспроводной передачи информации с дневной поверхности на подземные выработки.

Известно устройство беспроводной аварийной сигнализации (авторское свидетельство N578455, авторы В.В.Дьяков, А.К.Калашников, Н.М.Корякин и др.), содержащее установленный на поверхности земли передающий полукомплект и установленные в подземных выработках по числу точек оповещения приемные полукомплекты. Передающий полукомплект состоит из узкополосного передатчика электромагнитных сигналов звуковой частоты с блоком питания и системы антенн с заземлителями. В приемный полукомплект входят приемная магнитная антенна, широкополосный усилитель, амплитудный ограничитель, узкополосный усилитель, амплитудный детектор, интегратор и пороговый элемент. Основной недостаток устройства - передача аварийных сигналов на ограниченную дальность.

В качестве прототипа может служить авторское свидетельство N876999 (СССР) по кл. E 21 C 35/24, Б.И. N40, 1981, авторы: Д.Н.Волынский, В.В.Дьяков, А.К.Калашников и др. "Устройство шахтной оперативной и аварийной беспроводной связи с подземными выработками". Устройство содержит установленный на поверхности земли передающий комплект, состоящий из блока формирования и подачи аварийного сигнала, передатчика электромагнитных сигналов звуковой частоты, передающей антенны с заземлителями, блока питания и расположенный в горной выработке приемный комплект, включающий приемную антенну, блок усиления и обработки сигнала, блок питания и выходной преобразователь. Блок усиления и обработки сигнала выполнен в виде электронного ключа, дешифратора и усилителя звуковой частоты, вход которого соединен с выходом приемной антенны, а выходы дешифратора подключены соответственно ко входу блока питания и ко входу электронного ключа, причем выходы блока питания подключены ко вторым входам усилителя и дешифратора.

Дешифратор выполнен в виде двух параллельно включенных узкополосных фильтров и последовательно соединенных селектора-формирователя, селектора команд вызова и коммутатора, при этом входы селектора-формирователя соединены с выходами узкополосных фильтров, а выход селектора-формирователя соединен со вторым входом коммутатора.

Блок формирования и подачи аварийного сигнала выполнен в виде кнопочного поля, шифратора и последовательно соединенных микрофона, коммутатора и амплитудного компрессора, при этом входы шифратора соединены с выходами кнопочного поля, а выход шифратора соединен со вторым входом компрессора.

Недостатком устройства, принятого в качестве прототипа, является ограниченная дальность оперативной и аварийной радиосвязи и отсутствие путей ее увеличения.

Задачей изобретения является устранение указанных выше недостатков, т.е. увеличение дальности беспроводной передачи оперативной и аварийной информации через массив горных пород и возможность ее наращивания вслед за развитием горных работ.

Задача решается тем, что в устройство, содержащее установленный на поверхности земли передающий комплект, включающий передатчик электромагнитных сигналов низкой частоты с кодовой обработкой, блок питания и передающую антенну и расположенный в подземной горной выработке приемный комплект, включающий приемную антенну, блоки усиления и обработки сигналов и блок питания, введен установленный на промежуточном горизонте ретранслятор, состоящий из приемной части, блока временного сдвига сигналов и передающей части. При этом блок временного сдвига сигналов включен в виде двух Д-триггеров, одного асинхронного RS-триггера, логического элемента И и RC цепочки временного сдвига, причем прямой выход первого Д-триггера соединен с S-входом RS-триггера, а инверсный выход и прямой выход RS-триггера - со входами элемента И, к выходу которого подсоединен Д-вход второго Д-триггера, прямой выход которого через RC цепочку временной задержки соединен с R-входом RS-триггера.

Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема расположения аппаратуры беспроводной передачи информации через массив горных пород с использованием ретранслятора, на фиг.2 - электрическая схема блока временного сдвига сигналов, а на фиг.3 - временные диаграммы работы схемы блока временного сдвига сигналов.

Устройство содержит передающий комплект, установленный на поверхности земли и состоящий из передатчика электромагнитных сигналов низкой частоты с кодовой обработкой 1, блока питания 2 и передающей антенны 3 в виде нескольких лучей, охватывающих шахтное поле и заземленных на концах на обсадные трубы геологических скважин. На промежуточном горизонте установлен ретранслятор, состоящий из приемника 4 с антенной, блока временного сдвига сигналов 5 и передатчика 6 с передающей антенной. Все блоки ретранслятора соединены последовательно. На ниже расположенной горной выработке размещен приемный комплект, состоящий из приемной антенны 7, блока усиления 8, блока питания 9 и блока обработки сигналов 10.

Блок временного сдвига сигналов содержит входной Д-триггер 11, прямой выход Q₁ которого соединен с S-входом асинхронного RS-триггера 12. Инверсный выход входного Д-триггера и прямой выход QRS-триггера соединены со входами логического элемента И 13. Выход логического элемента соединен со входом Д₂ выходного Д-триггера 14, прямой выход Q₂ которого через RC-цепочку временной задержки 15 соединен с R-входом RS-триггера. Тактовые входы С входного и выходного Д-триггеров соединены параллельно.

Устройство работает следующим образом. В передатчике 1 запитанного от блока питания 2 передающего комплекта аналоговая оперативная и аварийная информация преобразуется в цифровой код (в двоичной системе счислення), который поступает в передающую антенну 3, простирающуюся над шахтным полем. Токи антенны возбуждают электромагнитное поле в массиве горных пород, которое создает ЭДС в антенне приемника 4 ретранслятора, расположенного на промежуточном горизонте. Принятый сигнал усиливается, после чего поступает в блок 5 временного сдвига сигналов. В этом блоке за счет временного сдвига осуществляется временное разделение кодовых сигналов, принимаемых приемной частью ретранслятора, и передаваемых передатчиком ретранслятора. В результате чего сигналы передатчика не будут создавать помехи приему сигналов.

Использование ретрансляторов в радиопередающих системах известно давно, например в радиорелейных линиях и на спутниках Земли. Однако в указанных случаях для передачи используют сверхвысокие частоты и для разделения сигналов приема и передачи в ретрансляторах применяют разные частоты, т.е. частотное разделение.

В подземных условиях, когда с повышением частоты передаваемого сигнала значительно возрастает его затухание в массиве горных пород, используют только низкие частоты, в частности звукового спектра (до 3,5 кГц). Осуществить частотное разделение приема и передачи сигналов на низких частотах невозможно. Хотя известны радиорелейные линии связи с временным разделением каналов. Однако в них применено не разделение входного и выходного каналов ретранслятора, а использовано разделение различных каналов многоканальных линий связи.

После блока временного сдвига сигнал поступает в передающее устройство 6, где усиливается и возбуждает ток в передающей антенне ретранслятора. Электромагнитное поле антенны достигает нижерасположенной подземной выработки, где принимается антенной 7 приемного комплекта, усиливается блоком 8, преобразуется из цифровой в аналоговую формулу блоком 10 обработки сигнала и поступает на воспроизводящее устройство 11.

Временное разделение в ретрансляторе выполняют элементы 12-16. Входной информационный кодовый сигнал в виде прямоугольных импульсов поступает от приемника ретранслятора на вход Д₁ входного Д-триггера 12. Импульсы проходят на выход Q₁ триггера при наличии тактовых импульсов C и одновременно запоминаются на выходе Q асинхронного RS-триггера 13. С приходом очередного тактового импульса (C₂) исчезает Q₁ и одновременно появляется при этом сохраняется Q. Включается элемент И 14 и на входе Д₂ выходного Д-триггера 15 появляется сигнал, который сразу же проходит на его прямой выход, образуя информационный сигнал Q₂, сдвинутый во времени по отношению к входному сигналу Д₁. Чтобы не произошло мгновенного сброса RS - триггера, введена задержка сигнала с выхода Q₂, равная постоянной времени T = RC, обеспечиваемая RC-цепочкой 16.

Таким образом, ретранслятор принимает информационные кодовые сигналы в моменты времени, когда проходят первый, четвертый и т.д. тактовые импульсы С. Ретранслятор передает указанные сигналы в моменты второго и третьего и т. д. тактовых импульсов. Между принимаемыми и передаваемыми сигналами ретранслятора получается интервал времени, примерно равный периоду следования тактовых импульсов.